T ECNOLOGIAS DE PRÉ TRATAMENTO DE BIOMASSA

O pré-tratamento da biomassa tem uma influência significativa sobre o desempenho das cadeias bioenergéticas, especialmente em termos de logística. As tecnologias de peletização e torrefação podem converter a biomassa num portador de energia densa que facilita o transporte e manusiamento. E o destroçamento, pela redução de tamanho da biomassa a estilha, torna estes processos também mais atrativos.

1.5.1 D

ESTROÇAMENTO

O destroçamento da biomassa é uma fase da transformação física que consiste na redução de tamanho, obtendo desta forma diferentes granulometrias. A estilha obtida tem um tamanho que facilita o manusiamento, a armazenagem, o transporte e a eficiência dos restantes tratamentos da biomassa. A operação de destroçamento pode ser feita por destroçadores móveis que são colocados em tratores e acionados por estes, destroçadores com auto propulsão e por fim, destroçadores fixos ou semi-fixos (Centro da Biomassa para a Energia, 2008).

No entanto, e apesar das suas grandes vantagens, existem algumas desvantagens nomeadamente no que diz respeito à presença de corpos metálicos e de partículas minerais na biomassa, e também de componentes verdes dos arbustos, que causam danos e abrasão nos destroçadores e originam obstruções e paragens no funcionamento destas máquinas, respetivamente. Estas situações fazem com que seja necessário um aumento dos custos de manutenção dos equipamentos. Outro fator a realçar é que o processo de destroçamento da biomassa leva a uma maior perda de humidade, uma vez que os tecidos vegetais se encontram mais danificados e expostos às condições atmosféricas (Centro da Biomassa para a Energia, 2008).

1.5.2 D

ENSIFICAÇÃO DA BIOMASSA

1.5.2.1 P

ELLETS E BRIQUETTES

Os pellets e os briquettes de madeira são usados para aquecimento e AQS (água quente solar) no mercado doméstico, energia térmica para a indústria, e energia elétrica (setor termoelétrico), como substituto do carvão (Magalhães, 2010; Pelletslar). Apresentam-se na forma de granulado cilíndrico, com diferentes dimensões.

Os pellets e briquettes para aquecimento são extremamente densos e devem ser fabricados com um baixo teor de humidade para favorecer a queima, aumentando assim a eficiência calorífica. A energia calorífica contida nos pellets para aquecimento é de aproximadamente 4,8 MWh/ton (Pelletslar).

Tabela 1.1: Características dos pellets vs briquettes (Adaptado de Saião, 2009)

Características Pellets Briquettes

Matéria-prima Madeira triturada e seca ou resíduos agrícolas triturados e secos

Forma Cilíndrica – Ø 6 e 12 mm e Comprimento 4 a 5 vezes o Ø

Cilíndrica – Ø entre 80 e 90 mm ou Paralelepipédica – 150 x 70 x 60 mm

Estrutura Firme, robusta Relativamente quebradiça, frágil

Densidade 650 – 700 kg/m3 650 e 1200 kg/m3

Aspeto Macio Áspero

Transporte Sacas Unidades, paletes

Manuseamento Uso manual ou automático Utilização manual

Poder calorífico 16 - 17 MJ/kg 16 - 17 MJ/kg

Humidade 7 a 12% 7 a 12%

Cinzas Máximo 0,5% 0,2%

Os sistemas de densificação destinam-se à produção de diversas partículas a partir da biomassa. Destes produtos podem destacar-se os briquettes (menor densidade e maior tamanho) ou os pellets. No entanto, esta densidade varia entre 600 kg/m3 a 1500 kg/m3, de

acordo com o equipamento utilizado para a compactação, com o material e com o tipo de biomassa utilizada (Saião, 2009). A densificação é uma opção interessante para melhorar as propriedades da biomassa de forma a obter mais uniformidade. Quando é realizada por meio de peletização é considerada uma tecnologia comprovada para melhorar as propriedades de biomassa com vista à sua conversão em calor e energia (Stelt et al., 2011). Contudo, para obtenção de pellets de elevada qualidade e bom rendimento é necessária uma combinação de diferentes tipos de madeira com elevado poder calorífico, sem a adição de qualquer outro componente como por exemplo a “cola”. Estes são geralmente produzidos a partir de serradura de madeira, que ao longo do processo de peletização é refinada, seca, e por fim comprimida (Figura 1.2). Os materiais utilizados na produção destes combustíveis são serradura fresca, de primeira transformação, proveniente de serrações locais. Não deve ser utilizada serradura de pellets usados, desperdícios de madeira fabricada, serradura de carpintarias, uma vez que podem estar contaminadas com produtos químicos (Pelletslar).

Figura 1.2: Processo de produção de pellets (Pelletslar)

Legenda:

1. Depósito de receção de serrim 2. Tapete de transporte

3. Limpeza primária 4. Parafuso de regulação 5. Tambor secador

6. Tratamento do efluente gasoso 7. Gerador de ar quente

8. Silo de serradura combustível 9. Separador ciclónico de vapor

10. Limpeza secundária 11. Triturador afinador 12. Stock de serrim pronto 13. Prensas granuladoras 14. Arrefecedores 15. Silo granulado 16. Aspirador de ensacamento 17. Limpeza 18. Silo de carga

1.5.2.2 V

ANTAGENS E DESVANTAGENS DOS PELLETS E BRIQUETTES

,

RELATIVAMENTE À BIOMASSA LENHOSA

A principal vantagem dos combustíveis densificados é a sua conveniência, uma vez que ao possuírem dimensões uniformes, são facilmente empilhados contribuindo para o seu correto armazenamento e manuseamento (Saião, 2009).

No entanto, existem outras vantagens, tais como serem o combustível sólido mais limpo, já que têm emissões muito reduzidas durante a sua conversão energética. A sua combustão é muito mais eficiente e liberta muito menos fumo que a lenha normal, devido às humidades reduzidas. Uma tonelada de pellets para aquecimento, produz sensivelmente a mesma energia que uma tonelada e meia de madeira (Pelletslar).

1.5.3 T

RATAMENTO POR TORREFAÇÃO

A torrefação é um processo de tratamento de biomassa com desenvolvimentos recentes, que permite um aumento considerável no poder calorífico volúmico da biomassa, ou seja, dá- se uma redução do volume em cerca de 30 % mantendo cerca de 90% da sua energia. Para além das vantagens energéticas, a biomassa torrificada torna-se facilmente destroçável. Neste intervalo de temperaturas a biomassa tende a perder a sua força, por quebra das ligações da hemicelulose, e perda de estrutura fibrosa, por despolimerização parcial da celulose. Isto leva no entanto a um aumento do teor de lenhina (Colophon, 2005; Kaliyan et al., 2009)

Contudo, o tempo durante o qual se pode armazenar a biomassa lenhosa torrificada sem que exista biodegradação é um fator limitante, já que este tipo de biomassa tem geralmente características higroscópicas. Além disso, a sua utilização não permite a obtenção das eficiências desejadas, porque após a torrefação o teor de humidade é substancialmente reduzido e existe a evaporação dos voláteis de baixo peso molecular (Chen & Kuo, 2010).

1.5.3.1 P

ROCESSO DE TORREFAÇÃO

A torrefação é um método operacional para a conversão térmica de biomassa à temperatura de 200/300 °C, sob condições atmosféricas controladas (em atmosfera de azoto), e na ausência de oxigénio (Stelt et al., 2011), que serve para melhorar as propriedades da biomassa lenho-celulósica, obtendo assim uma melhor qualidade, biocombustíveis mais atraentes, e aumentando também as suas características de moagem (Uslu et al., 2008). O princípio fundamental da torrefação de um ponto de vista químico é a remoção de oxigénio, resultando um produto final sólido, no qual a biomassa torrificada tem uma menor relação O/C (oxigénio/carbono) em comparação com a biomassa original (Stelt et al., 2011; Van Essendelft et al., 2013).

O processo de torrefação pode ser subdividido em quatro fases: a evaporação da humidade, a decomposição de hemicelulose, a decomposição da lenhina e a decomposição da celulose, sendo baseado na reatividade de um dos três componentes principais da biomassa: a hemicelulose. A desvolatilização é o grande passo em qualquer processo de conversão termoquímica envolvendo biomassa, uma vez que estes materiais contêm cerca de 80 % de frações voláteis e 20 % de resíduos carbonáceos sólidos, isto é, cinzas e carbonizado (Stelt et al., 2011).

A torrefação aplicada à biomassa para produção de combustíveis sólidos é um processo relativamente recente (Stelt et al., 2011). No entanto, é uma tecnologia promissora uma vez

que tem uma elevada eficiência em termos de processo (94 %), em comparação com a peletização (84 %) e com a pirólise (64 %) (Uslu et al., 2008).

Este processo é usado como pré-tratamento para posterior utilização das técnicas de conversão de biomassa, tais como gaseificação e co-combustão. O tratamento térmico não só destrói a estrutura fibrosa e a tenacidade da biomassa, como também tem a capacidade de aumentar o poder calorífico. Isto é, a biomassa ao perder oxigénio e hidrogénio, fica sujeita a mudanças nas propriedades do carbono, e deste modo, o poder calorífico inferior (PCI) é influenciado e o produto torna-se mais denso em termos de energia (Stelt et al., 2011, Van Essendelft et al., 2013).

Para além destas vantagens, a biomassa após torrefação tem mais características hidrofóbicas que tornam o armazenamento de biomassa torrificada mais atraente do que o da não torrificada, devido ao comportamento de decomposição. Durante o processo, a biomassa parcialmente desvolatilizada leva a uma diminuição em massa, mas o conteúdo inicial de energia da biomassa torrificada é preservado no produto sólido, fazendo com que a densidade de energia da biomassa se torne maior do que a da biomassa original, o que a torna mais atrativa em termos de transporte (Uslu et al., 2008; Van Essendelft et al., 2013).

A biomassa torrificada é um produto poroso, de densidade baixa, e portanto frágil, o que faz com que seja relativamente fácil de moer. No entanto, a diminuição da força mecânica e aumento da formação de pó, além de baixa densidade volúmica, tornam a densificação ainda mais desejável. A densidade de massa, da biomassa torrificada em pellets é cerca de 22 MJ/kg, enquanto que a densidade de energia atinge até 18 GJ/m3 (Uslu et al., 2008).

Os balanços, mássico e de energia típicos para a torrefação de biomassa lenhosa são: 70 % da massa é retida como um produto sólido, que contém 90 % do teor inicial de energia. Os outros 30 % da massa são convertidos em gás de torrefação, que contém apenas 10 % da energia da biomassa. Através da torrefação pode ser atingida uma densificação de energia com um fator de 1,3 (Stelt et al., 2011).

1.5.3.2 D

ENSIFICAÇÃO DE BIOMASSA TORRIFICADA

Como referido acima, a biomassa torrificada é um produto poroso, de baixa densidade e é frágil, o que faz com que seja relativamente fácil de moer e portanto, torna a sua densificação um processo vantajoso. Mas as vantagens não ficam por aqui, destacam-se também a diminuição da força mecânica, o aumento da formação de pó e a baixa densidade (Uslu et al., 2008).

A densidade dos pellets de biomassa torrificada é de cerca de 22 MJ/kg, ao passo que a densidade de energia atinge até 18 GJ/m3. Embora esta densidade energética seja menor do que a do carvão (20,4 GJ/m3), é 20 % mais elevada do que a dos aglomerados de madeira comerciais. Assim, em combinação com a torrefação, a peletização oferece vantagens significativas quando é considerada a logística da biomassa. A pressão necessária para a densificação e o consumo de energia podem também ser reduzidos, em comparação com a peletização de biomassa normal. A torrefação pode ainda reduzir o consumo de energia necessária para a redução do tamanho até 70-90 % em comparação com a biomassa normal, podendo ser usado um tipo simples de redução de tamanho, tais como moinhos de corte e trituradores, em vez dos tradicionais moinhos de martelos usados no processo de peletização da biomassa (Uslu et al., 2008).

1.5.3.3 V

ANTAGENS DA TORREFAÇÃO

A remoção de oxigénio é uma das principais vantagens do processo de torrefação. Outra vantagem é o aumento da densidade energética, pois à medida que a densidade de energia da

madeira torrificada aumenta, são permitidas maiores distâncias de transporte. A biomassa torrificada possui também uniformidade na qualidade do produto. Está provado que a madeira torrificada tem uma taxa de combustão mais elevada e produz menos fumo do que a madeira normal. Também se verificou em estudos realizados, que os briquettes torrificados apresentam características hidrófobas. E por fim, a torrefação é uma tecnologia que melhora a moabilidade dos recursos de biomassa, uma vez que a biomassa propriamente dita, é difícil de moer devido à sua estrutura tenaz e fibrosa (Stelt et al., 2011).

1.5.3.4 P

RODUTOS DO PROCESSO DE TORREFAÇÃO

Como produtos do processo de torrefação, tem-se:

 Um produto sólido torrificado, cujo rendimento diminui com a temperatura e o tempo de residência;

 Matéria volátil condensável (ácido acético e água), resultante da decomposição de hemicelulose;

 Matéria volátil não condensável (dióxido de carbono e monóxido de carbono) e outros gases (Stelt et al., 2011).

No documento Caracterização de vários tipos de biomassa para valorização energética (páginas 39-44)